楊 麗，牛振華，韓朝暉

（1.安陽職業(yè)技術(shù)學院（安陽市高級技工學校）；2.安陽市應(yīng)急管理局，河南安陽 455000）

概述

某煉軋廠煉鋼車間有3 座150 t 轉(zhuǎn)爐，一次除塵采用傳統(tǒng)的OG 法濕式除塵系統(tǒng)。原有的一次除塵系統(tǒng)排放濃度達到100 mg/m3，已無法滿足國家和本地區(qū)排放標準要求。同時，濕法除塵產(chǎn)生大量的煉鋼污泥，難以處理，在運輸和使用過程中產(chǎn)生二次污染，耗水量大。經(jīng)過技術(shù)交流和調(diào)研，將一次除塵改為轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵系統(tǒng)，于2018 年6 月完成2號轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)的改造。

轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)是以轉(zhuǎn)爐煙氣含塵處理，冷卻及凈化冶煉中產(chǎn)生的所有氣體，并回收含有一氧化碳的氣體供用戶使用為主要目的的工藝過程。轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝流程如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝流程圖

1 改造后的150 t 轉(zhuǎn)爐干法除塵汽化煙道結(jié)構(gòu)和影響因素分析

轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的汽化冷卻煙道為余熱鍋爐，屬于特種設(shè)備。煙道內(nèi)有高溫煙氣和粉塵顆粒，特別是在爐口的活動煙罩及爐口段煙道內(nèi)溫度高達1 200 ℃以上，隨著煙道的向外延伸，在固定煙道一段和固定煙道二段內(nèi)溫度會逐漸降低到幾百度。由于受鋼鐵冶煉工藝的影響，鋼包內(nèi)的溫度是波動變化的，煙道內(nèi)的溫度也會隨之波動［1］。煙道始終是處于動態(tài)的工作狀態(tài)，在這種惡劣復(fù)雜的工況環(huán)境下，煙道一旦出現(xiàn)一絲紕漏，都會導致煙氣泄漏而停產(chǎn)。

1.1 轉(zhuǎn)爐煙道結(jié)構(gòu)

150 t轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)共有五部分組成，分別為活動煙罩、爐口段煙道、固定煙道一段、固定煙道二段和尾部煙道。煙道采用高壓鍋爐用的無縫鋼管，材質(zhì)為20G。

1.2 影響因素分析

轉(zhuǎn)爐在吹煉時首先由活動煙罩捕集高溫煙氣，然后通過汽化冷卻煙道對煙氣進行初次降溫，使得煙道出口煙氣溫度降為800～1 100 ℃。同時，為降低鋼液含碳量，需使用氧槍對其進行吹氧除碳，致使煙道內(nèi)的溫度會驟然增高，而在停止吹氧的瞬間，溫度會驟然下降。隨著煙氣溫度的陡升和陡降，煙道會產(chǎn)生膨脹和收縮，時刻承受交變應(yīng)力的作用，進而影響煙道的使用壽命。影響汽化煙道使用的主要因素如下。

（1）煙道管壁的磨損。由于爐氣中含有大量的氧化鐵煙塵，含塵量在80～120 g/m3，在吹煉時，煙塵與受熱面管子摩擦造成受熱面磨損。

（2）爐口段固定罩結(jié)渣。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中有鋼渣噴射到爐口段固定罩受熱面上，形成大面積結(jié)渣，結(jié)渣區(qū)域換熱效果差，將會造成局部過熱損壞煙道。在清渣過程中易使受熱面造成機械損傷，或者直接損壞受熱面。

（3）煙道管壁溫度變化大。由于轉(zhuǎn)爐冶煉的過程操作周期短，熱量變化速率快，隨著吹煉和停吹而使管壁的溫度產(chǎn)生很大變化，進而引起管壁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，導致煙道上產(chǎn)生裂紋甚至破裂而發(fā)生泄漏事故。

（4）煙道制造工藝不當。煙罩制造過程中稍不注意就容易造成機械性損傷，如錘擊或硬物磕碰劃傷等，這些在受熱管壁表面的損傷，長時間易誘發(fā)產(chǎn)生裂紋。

2 轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)、參數(shù)及適應(yīng)性設(shè)計

2.1 煙道結(jié)構(gòu)的設(shè)計

（1）把爐口段和固定煙道一段設(shè)為整體結(jié)構(gòu)，把總進水管設(shè)為四路進水，使每根受熱管的進水量得到充足配額，有效改善水動力不足，使受熱管的冷卻效果得到保證，能防止過早出現(xiàn)熱應(yīng)力疲勞破壞的現(xiàn)象，提高煙道的使用壽命。

（2）活動煙罩用抱箍式吊耳結(jié)構(gòu)，不與圍管直接焊接，使得煙道在熱脹冷縮時能處于自由狀態(tài)，這樣即可消除煙道產(chǎn)生熱應(yīng)力，避免因煙道撕裂出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。用加強箍固定爐口段，避免煙道與支吊點直接焊接。

（3）固定煙道一段上聯(lián)箱及附近煙道均設(shè)為外翻結(jié)構(gòu)，避免其直接受到火焰的烘烤，防止上聯(lián)箱圍管產(chǎn)生撕裂［2］。固定煙道一段較長，安裝兩個彈簧吊架對其支撐，并安裝一個導向支架。

（4）在固定煙道二段靠近與尾部煙道連接的彎頭附近設(shè)置兩個彈簧吊架。為提高煙道使用的安全性，在尾部煙道安裝兩根雙介質(zhì)（水和氮氣）噴槍，起到降溫、滅火和防爆作用。在尾部煙道末端設(shè)置兩個彈簧吊架進行支撐。

（5）為了降低煙氣在煙道內(nèi)的流動阻力，盡量減少煙道直管段的長度和彎頭的數(shù)目。

2.2 煙道參數(shù)的設(shè)計

活動煙罩直接罩在轉(zhuǎn)爐爐口處，其形狀為圓臺形，大端內(nèi)徑為4 462 mm，小端內(nèi)徑為3 520 mm。如圖2 所示，進出、口聯(lián)箱垂直設(shè)置在受熱圓臺兩側(cè)，活動煙罩由受熱管沿水平方向纏繞，每根環(huán)繞管組成兩條獨立的循環(huán)線路，用圓鋼在活動煙罩內(nèi)各層環(huán)管之間進行填充，高度為1 067 mm?；顒訜熣止ぷ鲿r由4 個導輪控制煙罩的升降，其行程大約800 mm［3］?；顒訜熣质軣崦娌捎面囥t噴涂，厚度不小于0.3 mm，表面必須嚴實密封光滑。

圖2 活動煙罩截面圖

爐口段煙道外徑為3 370 mm，內(nèi)徑為2 904±5 mm，煙道出口傾角為55°。

固定煙道一段和固定二段直徑均為2 904±5 mm。

尾部煙道直徑為2 904±5 mm，其偏離固定二段的距離為5 500 mm。

2.3 尾部煙道內(nèi)安裝導流板和隔流板

由于在豎直煙道中煙氣為高流速區(qū)，在煙道彎頭外煙道壁面煙氣為低流速區(qū)，煙道內(nèi)會有產(chǎn)生渦流，煙氣流經(jīng)煙道的過程中壓降較大，因而容易形成積灰。在尾部煙道受熱管內(nèi)安裝螺旋形不銹鋼導流板和隔流板，使得煙道內(nèi)煙氣幾乎不存在低流速區(qū)，能改善煙道內(nèi)煙氣流動，使之也更加均勻，減少煙道積灰，提高了換熱效果，可有效防止爆管的發(fā)生，因此導流板和隔流板對改善煙氣出口氣流分布和避免渦流產(chǎn)生具有重要的作用。

3 效果分析

實踐證明，通過對轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)汽化冷卻煙道結(jié)構(gòu)的改造與應(yīng)用，系統(tǒng)排放的粉塵濃度降低至20 mg/m3以下，消除煉鋼污泥，消除污泥運輸?shù)亩挝廴?，達到國內(nèi)先進水平。

2 號和3 號轉(zhuǎn)爐都屬于同時期建設(shè)的150 t 轉(zhuǎn)爐，2 號轉(zhuǎn)爐使用轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵系統(tǒng)，3 號轉(zhuǎn)爐使用傳統(tǒng)的OG 法濕式除塵系統(tǒng)。為了了解除塵的實際效果，2019 年3 月份，從2 號轉(zhuǎn)爐和3 號轉(zhuǎn)爐的各隨機采集了80個爐號的數(shù)據(jù)，并對其粉塵排放濃度進行了對比。從圖3 中可以看出，干法除塵系統(tǒng)安裝后，粉塵排放濃度由原來OG 法濕式除塵系統(tǒng)的100 mg/m3以下，降低到20 mg/m3以下，消除了煉鋼污泥。

圖3 干法除塵與濕法除塵粉塵濃度對比圖

4 結(jié)論

干法除塵系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅提高了能源的利用效率和各種副產(chǎn)煤氣的回收利用。一是煙氣除塵效果好，可達到10～20 mg/m3。二是延長了煙道的使用壽命。與OG 法濕式除塵系統(tǒng)相比，爐口段從原來的1 年更換延長到2 年更換，活動煙罩3 年更換，尾部煙道4 年更換，回收蒸汽量穩(wěn)步上升，顯著提高了經(jīng)濟效益。三是安裝導流板和隔流板后，進入除塵器喇叭口煙氣流量相差較小，達到均布氣流的目的。四是系統(tǒng)阻損僅為OG 法濕式除塵的1/3，有效降低電耗，并能多回收煤氣5%～10%，提高除塵的效率和企業(yè)的整體效益。